多轴控制系统研究：结合前后台与多重中断法

"东北大学硕士学位论文——多轴控制系统的研究，作者孙一兰，导师柳洪义，专业机械电子工程，2005年。探讨了数控技术和机器人技术在工业现代化中的重要性，研究了多轴控制系统的高性能、高精度、高速度、高柔性和开放式模块化设计。论文基于上位机（工业控制机）和下位机（C8051F02X单片机）的硬件，设计了一个分层控制结构，包括管理规划级、协调级和执行级，并涵盖了S曲线速度规划、三次样条曲线插补、PID伺服控制和多机通讯方法。" 本文详细分析了多轴控制系统的设计和实现，尤其是在CNC系统中的应用。首先介绍了两种常见的软件结构方法：前后台型和多重中断型。前台程序负责实时任务，如轨迹规划和位置控制，而后台程序则处理输入预处理和管理任务。多重中断型方法中，各个功能子程序被分配到不同级别的中断服务中，形成一个大的中断系统。 在上层软件实现中，多轴运动轨迹规划和坐标变换可以根据在线或离线情况选择合适的处理方式。若离线处理，前后台型方法即可满足需求；若在线编程，由于上层CPU速度快，仍可采用此方法。 下层软件则需要处理多个任务，如接收、插补、伺服、监测和发送等，因此采用了结合前后台和多中断级的方法。后台程序有一个数据接收和发送的大循环，而前台程序则根据中断优先级执行任务，如看门狗中断用于防止程序异常。 论文还研究了S曲线速度规划方法，这种规划能够平滑地改变速度，减少加减速过程中的冲击。三次样条曲线插补方法提高了插补精度，使运动更加平滑。同时，文中探讨了多种改进的PID伺服算法，以提升控制响应和稳定性。此外，多机通讯方法的实现确保了上下层数据的高效交换。 最后，通过VC++和Keil C软件编写了相应的程序和仿真模型，并创建了用户友好的人机界面，使得系统操作简便，性价比高，具有良好的扩展性，能够有效地实现控制系统的要求和功能。关键词包括：控制系统、轨迹规划和插补、伺服控制、PID控制、通讯、C8051单片机。